[發(fā)明專利]一種基于FPGA的裝卸料機(jī)運(yùn)動控制系統(tǒng)及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010460337.6
• 申請日: 2020-05-27
• 公開（公告）號: CN111665752B
• 公開（公告）日: 2022-09-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張鵬;何志軍;李波;張志強(qiáng);袁駿
• 申請（專利權(quán)）人: 中國核電工程有限公司
• 主分類號: G05B19/042
• 分類號: G05B19/042
• 代理公司: 北京天悅專利代理事務(wù)所(普通合伙) 11311
• 代理人: 田明;任曉航

本發(fā)明屬于核電站裝卸料機(jī)控制系統(tǒng)領(lǐng)域，具體涉及一種基于FPGA的裝卸料機(jī)運(yùn)動控制系統(tǒng)及方法，用于對核電站的裝卸料機(jī)進(jìn)行運(yùn)動控制，控制系統(tǒng)包括主控制器(1)及與主控制器(1)相連的FPGA裝置(2)，F(xiàn)PGA裝置(2)用于根據(jù)主控制器(1)發(fā)出的運(yùn)動指令選擇與運(yùn)動指令相應(yīng)的運(yùn)動模式，并采用該運(yùn)動模式控制裝卸料機(jī)的運(yùn)動。本發(fā)明在滿足高度功能自定義的同時實(shí)現(xiàn)高速并行處理，最大程度減少系統(tǒng)的不確定性，確保在危險發(fā)生時及時采取必要措施，較以往的控制系統(tǒng)具有更好的可靠性和安全性。在FPGA裝置(2)上獨(dú)立運(yùn)行的聯(lián)鎖旁路運(yùn)行操作，保證了對裝卸料機(jī)的控制靈活性最佳，實(shí)現(xiàn)了裝卸料機(jī)的大車雙軸同步控制，避免出現(xiàn)大車走偏導(dǎo)致運(yùn)動受阻停止。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于核電站裝卸料機(jī)控制系統(tǒng)領(lǐng)域，具體涉及一種基于FPGA的裝卸料機(jī)運(yùn)動控制系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)

裝卸料機(jī)是壓水堆核電站停堆換料期間完成反應(yīng)堆換料的關(guān)鍵設(shè)備，在反應(yīng)堆芯與燃料轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)之間按規(guī)定的路徑進(jìn)行燃料組件的裝卸工作。從核電站的裝卸料機(jī)使用經(jīng)驗(yàn)來看，裝卸料機(jī)的運(yùn)動控制系統(tǒng)是設(shè)備的關(guān)鍵組成部分，所有設(shè)備功能的實(shí)現(xiàn)都直接依靠運(yùn)動控制是否能可靠，高效的運(yùn)行。所有運(yùn)動控制相關(guān)的信號采集，處理，輸出被系統(tǒng)完整，快速、正確無誤的執(zhí)行。針對裝卸料機(jī)在壓水堆核電站大修換料中的重要性，運(yùn)動控制系統(tǒng)顯得至關(guān)重要。目前公開數(shù)據(jù)顯示的裝卸料機(jī)控制系統(tǒng)都是基于PLC（可編程邏輯控制器）的技術(shù)，基于循環(huán)掃描的方法，依賴軟件操作系統(tǒng)，無法實(shí)現(xiàn)同時精確可靠地控制不同機(jī)構(gòu)運(yùn)行，出現(xiàn)了機(jī)械設(shè)備運(yùn)行中偏差，卡死、擠壓等問題。運(yùn)動控制存在性能低、系統(tǒng)封閉、可靠性不佳的問題，導(dǎo)致系統(tǒng)的穩(wěn)健性不好，會影響設(shè)備持續(xù)可靠運(yùn)行的時間，造成直接經(jīng)濟(jì)損失，最典型的就是導(dǎo)致裝卸料機(jī)的大車的兩側(cè)電機(jī)在聯(lián)鎖旁路運(yùn)行的情況下不能同步運(yùn)行，導(dǎo)致大車運(yùn)行時受到機(jī)械阻力過大，機(jī)械機(jī)構(gòu)卡死，發(fā)生系統(tǒng)故障直接停車。“大車”是裝卸料機(jī)在水平方向執(zhí)行縱向（核反應(yīng)堆水池的長度方向）運(yùn)行功能的部件。“小車”是裝卸料機(jī)在水平方向執(zhí)行橫向（核反應(yīng)堆水池的寬度方向）運(yùn)行功能的部件；還包括設(shè)置小車上的主提升機(jī)構(gòu)，用于核反應(yīng)堆水池內(nèi)的提升操作；其中大車有兩個軸，小車有一個軸。

發(fā)明內(nèi)容

針對基于PLC的運(yùn)動控制系統(tǒng)的上述不足，本發(fā)明采用一種全新的設(shè)計思路實(shí)現(xiàn)裝卸料機(jī)運(yùn)動控制功能，將主控制器和FPGA裝置整合在同一控制平臺下，基于FPGA的并行處理，硬件電路無操作系、高度開放的特點(diǎn)，將FPGA技術(shù)應(yīng)用于裝卸料機(jī)的運(yùn)動控制，利用軟件可以靈活部署硬件控制電路，實(shí)現(xiàn)硬件電路層并行數(shù)據(jù)處理、邏輯判斷和決策，在危險發(fā)生工況時立刻做出正確響應(yīng)，確保運(yùn)動控制的性能和可靠性達(dá)到新的高度。兼顧功能定制，性能卓越，穩(wěn)定可靠的多種特性。同時不依賴主控制器，F(xiàn)PGA能獨(dú)立完成控制功能，解決在原來PLC控制下，聯(lián)鎖旁路運(yùn)行的大車兩側(cè)電機(jī)不能同步運(yùn)行的問題。

為達(dá)到以上目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種基于FPGA的裝卸料機(jī)運(yùn)動控制系統(tǒng)，用于對核電站的裝卸料機(jī)進(jìn)行運(yùn)動控制，所述裝卸料機(jī)由若干不同的運(yùn)行機(jī)構(gòu)構(gòu)成，所述裝卸料機(jī)的所述運(yùn)行機(jī)構(gòu)包括大車、小車和主提升機(jī)構(gòu)，其中，包括主控制器及與所述主控制器相連的FPGA裝置，所述FPGA裝置用于根據(jù)所述主控制器發(fā)出的運(yùn)動指令選擇與所述運(yùn)動指令相應(yīng)的運(yùn)動模式，并采用所述運(yùn)動模式控制所述裝卸料機(jī)的運(yùn)動。

進(jìn)一步，

所述主控制器用于根據(jù)操作人員的輸入和選擇以及所述裝卸料機(jī)的各個所述運(yùn)行機(jī)構(gòu)的狀態(tài)進(jìn)行邏輯判斷，針對各個所述運(yùn)行機(jī)構(gòu)發(fā)出不同的所述運(yùn)動指令；所述主控制器發(fā)出的所述運(yùn)動指令包含運(yùn)動相關(guān)的參數(shù)，所述參數(shù)包括如速度、加速度、方向、目標(biāo)位置；

所述FPGA裝置為設(shè)置有FPGA芯片的FPGA控制平臺，所述FPGA裝置包括與所述主控制器相連的數(shù)據(jù)通訊模塊，還包括依次串聯(lián)的運(yùn)動模式選擇模塊、運(yùn)動執(zhí)行模塊、結(jié)果輸出模塊，所述數(shù)據(jù)通訊模塊還分別連接所述運(yùn)動模式選擇模塊和所述運(yùn)動執(zhí)行模塊，還包括與所述運(yùn)動執(zhí)行模塊相連的高速信號采集模塊；